จงอธิบายกฎการสะท้อนของคลื่น

การสะท้อน คือ การที่คลื่นเคลื่อนที่ไปตกกระทบกับสิ่งกีดขวางหรือรอยต่อระหว่างตัวกลางแล้วเปลี่ยนทิศสะท้อนกลับ มาในตัวกลางเดิม

ปรากฎการณ์ที่เรามักเห็นได้บ่อยในเรื่องการสะท้อนคือ การได้ยินเสียงก้อง ซึ่งเกิดจากการที่คลื่นเสียงวิ่งไปกระทบกับสิ่งกีดขวาง เช่น กำแพง แล้วสะท้อนกลับมา โดยที่ระยะเวลาในการเดินทางไปและกลับมีค่ามากพอที่หูเราจะแยกได้

เมื่อคลื่นผิวน้ำเคลื่อนที่ไป จะทำให้โมเลกุลของน้ำเกิดการสั่นขึ้นสั่นลง และเมื่อคลื่นผิวน้ำไปกระทบสิ่งกีดขวางหรือผิวสะท้อน จะเปลี่ยนทิศทางกลับสู่ตัวกลางเดิม ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า 

การสะท้อน(reflection) คลื่นที่เคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวางเรียกว่า  คลื่นตกกระทบ  (incident wave) ส่วนคลื่นที่สะท้อนออกมาเรียกว่า  คลื่นสะท้อน  (reflected wave) จากการทดลองการสะท้อนของคลื่นผิวน้ำเส้นตรง พบว่าในการสะท้อนแต่ละครั้ง มุมที่หน้าคลื่นตกกระทบทำกับผิวสะท้อน จะเท่ากับมุมที่หน้าคลื่นสะท้อนทำกับผิวสะท้อนเสมอ

สามารถเขียนทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นตกกระทบและคลื่นสะท้อนได้โดยมีทิศตั้งฉากกับหน้าคลื่นตกกระทบและหน้าคลื่นสะท้อนตามลำดับ และที่ตำแหน่งคลื่นตกกระทบและคลื่นสะท้อน ลากเส้นตั้งฉากกับผิวสะท้อน ซึ่งเรียกว่า  เส้นแนวฉาก (normal line) ทำให้ได้มุมตกกระทบและมุมสะท้อน

เมื่อ       รังสีตกกระทบ   คือ แนวที่คลื่นวิ่งเข้าชนตัวสะท้อนก่อนสะท้อน
             รังสีสะท้อน     คือ แนวที่คลื่นวิ่งออกจากตัวสะท้อนหลังสะท้อน
             เส้นแนวฉาก    คือ เส้นที่ลากตั้งฉากกับตัวสะท้อน ณ ตำแหน่งที่คลื่นตกกระทบ
             มุมตกกระทบ   วัดได้จากมุมที่หน้าคลื่นตกกระทบกับแนวตัวสะท้อน

หรือมุมที่รังสีตกกระทบทำกับเส้นแนวฉาก
             มุมสะท้อน       วัดได้จากมุมที่หน้าคลื่นสะท้อนทำกับแนวตัวสะท้อน 

หรือมุมที่รังสีสะท้อนกับกับเส้นแนวฉาก

กฏการสะท้อนคลื่น

1. มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อนเสมอ
2. รังสีตกกระทบ เส้นปกติ รังสีสะท้อน อยู่ในระนาบเดียวกัน

คุณสมบัติการสะท้อนของคลื่น

1. ความถี่ของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับความถี่ของคลื่นตกกระทบ
2. อัตราเร็วและความยาวคลื่นของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับอัตราเร็วและความยาวคลื่นของคลื่นตกกระทบ
3. ถ้าการสะท้อนไม่สูญเสียพลังงาน จะได้แอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับแอมพลิจูดของคลื่นตกกระทบ

การสะท้อนของคลื่นผิวน้ำ

1.การสะท้อนของคลื่นต่อเนื่องหน้าตรงจากแผ่นกั้นหน้าตรง

2.การสะท้อนของคลื่นต่อเนื่องวงกลมจากแผ่นกั้นหน้าตรง

3.การสะท้อนของคลื่นต่อเนื่องเส้นตรงจากแผ่นกั้นผิวโค้งเว้า

4.การสะท้อนของคลื่นต่อเนื่องวงกลมจากแผ่นกั้นผิวโค้งเว้า

ตัวอย่าง   คลื่นน้ำมีความถี่  30 Hz  และความเร็ว  2.4 m/s  ระยะทางระหว่าง 2 จุดที่มีคลื่นมีความแตกต่างเฟสเป็น  120 องศา  มีค่าเป็นเท่าใดและเมื่อพิจารณาตำแหน่งหนึ่งของผิวน้ำที่มีคลื่นน้ำนี้  ถ้าเวลาผ่านไป  1/90 วินาที  แล้วคลื่น ณ ตำแหน่งนี้มีการเปลี่ยนเฟสไปเท่าใด

การสะท้อนของคลื่น

สมบัติของคลื่น

คลื่นต้องมีสมบัติครบทั้ง 4 ข้อ ได้แก่
               1.  การสะท้อนกลับ ( Reflection ) 
               2.  การหักเห (Refraction)
               3.  การแพร่กระจายคลื่น (Diffraction )
               4.  การแทรกสอดของคลื่น ( Interference )

1. การสะท้อนของคลื่น(reflection) 

การสะท้อนของคลื่นเป็นปรากฏการณ์ที่สำคัญประการหนึ่งของคลื่น  ถือได้ว่าเป็นสมบัติของคลื่นอย่างหนึ่ง  จะเกิดขึ้นเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง  หรือเปลี่ยนตัวกลางในการเคลื่อนที่  โดยคลื่นที่เคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวางเรียกว่า คลื่นตกกระทบ และคลื่นที่สะท้อนออกมาเรียกว่าคลื่นสะท้อน  การสะท้อนของคลื่นต้องเป็นไปตามกฏการสะท้อนของคลื่น ดังนี้

กฏการสะท้อนคลื่น
1. มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อนเสมอ
2. รังสีตกกระทบ เส้นปกติ รังสีสะท้อน อยู่ในระนาบเดียวกัน

ผลของการสะท้อนของคลื่นที่ควรทราบ คือ

1. ความถี่ของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับความถี่ของคลื่นตกกระทบ 
2. อัตราเร็วและความยาวคลื่นของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับอัตราเร็วและความยาวคลื่นของคลื่นตกกระทบ 
3. ถ้าการสะท้อนไม่สูญเสียพลังงาน  จะได้แอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับแอมพลิจูดของคลื่นตกกระทบ

การสะท้อนของคลื่นผิวน้ำ  

คลื่นสะท้อนเป็นแบบปลายอิสระ(เฟสของคลื่นสะท้อนจะไม่เปลี่ยนแปลง)

(ก) การสะท้อนของคลื่นหน้าตรง กับผิวสะท้อนตรง  จะได้คลื่นสะท้อนหน้าตรง

(ข) หน้าคลื่นวงกลมตกกระทบกับวัตถุผิวสะท้อนตรง  ได้หน้าคลื่นสะท้อนเป็นหน้าคลื่นวงกลม

(ค) หน้าคลื่นตรง ตกกระทบผิวสะท้อนโค้งนูน  ได้คลื่นสะท้อนเป็นหน้าคลื่นวงกลม

(ง) หน้าคลื่นวงกลม ตกกระทบผิวสะท้อนโค้งนูน  ได้คลื่นสะท้อนเป็นหน้าคลื่นวงกลม

(จ) หน้าคลื่นตรง ตกกระทบผิวสะท้อนโค้งเว้า(พาราโบลา)   ได้หน้าคลื่นสะท้อนวงกลมแผ่ออกจากจุดโฟกัสของโค้งพาราโบลา

(ฉ) หน้าวงกลม กำเนิดจากจุดโฟกัสของโค้งพาราโบลา  ตกกระทบผิวสะท้อนโค้งเว้า(พาราโบลา)   ได้หน้าคลื่นสะท้อนเป็นคลื่นหน้าตรง (ลักษณะตรงกันข้ามกับ หัวข้อ (จ)  )

การสะท้อนคลื่นในเส้นเชือก

(ก) การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกปลายอิสระ(คล้องปลายไว้หลวมๆ) คลื่นสะท้อนจะมีเฟสเหมือนเฟสของคลื่นตกกระทบ

คลื่นสะท้อนและคลื่นตกกระทบเฟสไม่เปลี่ยนแปลง

(ข) การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกปลายตรึงแน่น(มัดปลาย ไว้แน่น) คลื่นสะท้อนจะมีเฟสตรงกันข้ามกับเฟสของคลื่นตกกระทบ

คลื่นเชือกสะท้อนแบบปลายตรึง เฟสเปลี่ยนไป 180 องศา

คลื่นสะท้อน เฟสเปลี่ยนแปลงไปเป็นเฟสตรงกันข้าม(เปลี่ยนไป 180 องศา)

(ค) การสะท้อนของเชือกสองเส้นที่ต่อกัน

1. คลื่นจากเชือกเส้นเล็กไปยังเชือกเส้นใหญ่  จะสะท้อนกลับมีเฟสตรงกันข้ามและแอมปลิจูดลดลง

 2. คลื่นจากเชือกเส้นใหญ่ไปยังเชือกเส้นเล็ก  จะสะท้อนกลับมีเฟสเหมือนเดิมและแอมปลิจูดลดลง